树莓派都能做脑机接口了？实时处理8个电极信号，人人用得起 | 开源

Posted 2022-02-06 QbitAl

行早 发自 凹非寺
量子位 报道 | 公众号 QbitAI

只需要一块树莓派的板子，就可以做一个脑机接口？

没有开玩笑，这位俄罗斯小哥Rakhmatulin还真做出来了，这接地气的设备只用一块树莓派板子做处理器，可以实时处理八个大脑电信号：

不信来看看实时信号图像：

这些有规律的波形就是大脑在进行活动时产生的电信号。

目前这个项目已经开源，成本也不高，如果想自己动手做一个脑机接口，机不可失，赶快来学一学~

树莓派脑机接口

在制作设备之前，我们要先有一个大致的框架。

脑机接口的框架很好理解：首先从脑壳上读取生物电信号，然后传到处理器中处理，最后用输出信号控制其他设备。

所以第一步就是要读取脑中的生物信号，为此Rakhmatulin做了一个小帽子（下图左边），上面有8个电极（下图右边）。

这8个电极的位置是依据国际10-20系统（如下图）的脑电图检测电极位置来确定的，其中首字母代表大脑不同的分区，例如F为额叶，P是顶叶，T是颞叶等：

△图注：国际10-20系统

当大脑在进行不同的活动时，也会同时产生可以区分的电信号模式。这样这些电极就可以检测到电信号，用以进行后续的分析处理。

有了脑信号之后，接下来第二步，就是对信号的处理了。这里用树莓派第三代或者是第四代都可以，如下的电路图显示了小黄板上的电路结构：

上图中左边10个管脚中的8个接小帽子上的8个电极，1个接参考电平，1个接偏移信号。

右边的管脚用来传输数据，采样率为每秒250次到每秒16000次。

Rakhmatulin已经在GitHub开源了实时信号检测和处理的代码。

接上电源、显示器，戴上小帽子之后，硬件部分就万事俱备了：

△图注：硬件部分

现在我们要做的就是做一些简单的动作，让大脑产生电信号。

在测试中，Rakhmatulin采用了“咀嚼”和“眨眼”这两个动作。

每次做咀嚼动作的时候，电信号都会有一个峰值出现，为了能够从波形图上清晰地看到脑信号的变化，小哥共做了四组咀嚼动作，每组依次咀嚼4下、3下、2下、1下，形成一串峰值。

然后通过处理器记录八个电极产生的八条信号（从上至下）如下图：

从上图可以很明显地看出，每一次动作都有对应的电信号峰值出现，并且按照动作次数排列。

在咀嚼动作之后，小哥又做了四组眨眼的动作，每组眨眼次数也依次是4、3、2、1下。

同样地，这些电信号变化也被记录了下来（如下图）。其中前四组波动是咀嚼的电信号，后四组波动是眨眼的电信号：

通过带通滤波器之后波形更加清晰，4、3、2、1，4、3、2、1…像是脑信号在跳广播体操：

到这里，脑机接口的使命就已经完成了，从处理器中输出的信号可以接到其他设备上去，形成不同的指令，例如指挥机械臂，玩具车，无人机等等。

怎么样？是不是很简单？全程没有复杂的硬件设备，自己在家就可以做，有条件的可以动起手来啦~

如果实在不想动手，也可以关注小哥官网的公告，众筹活动即将上线：

作者简介

这个项目的开发者Ildar Rakhmatulin是一位电气工程师，毕业于俄罗斯南乌拉尔国立大学。

这哥们在做脑机接口之前，还用树莓派做了一个检测蚊子的处理器，还可以发射激光消灭蚊子。

最近，他还和同伴Sebastian Völkl一起经营一家公司，希望能提供给人们经济实惠的脑机接口设备。

参考链接：

[1]https://github.com/Ildaron/EEGwithRaspberryPI
[2]https://www.hackerbci.com/
[3]https://arxiv.org/abs/2201.02228